CN115912480A - 一种微型逆变器及其控制方法 - Google Patents

一种微型逆变器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115912480A
CN115912480A CN202211530601.4A CN202211530601A CN115912480A CN 115912480 A CN115912480 A CN 115912480A CN 202211530601 A CN202211530601 A CN 202211530601A CN 115912480 A CN115912480 A CN 115912480A
Authority
CN
China
Prior art keywords
stage
conversion circuit
bus
voltage
direct current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202211530601.4A
Other languages
English (en)
Inventor
徐�明
高明智
许佳雄
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Powerland Technology Inc
Original Assignee
Powerland Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Powerland Technology Inc filed Critical Powerland Technology Inc
Priority to CN202211530601.4A priority Critical patent/CN115912480A/zh
Publication of CN115912480A publication Critical patent/CN115912480A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/50—Photovoltaic [PV] energy
    • Y02E10/56—Power conversion systems, e.g. maximum power point trackers

Landscapes

  • Inverter Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种微型逆变器及其控制方法，属于逆变器技术领域，本发明一种微型逆变器包括，多个前级DC/DC变换电路、后级DC/DC变换电路与DC/AC变换电路，所述前级DC/DC变换电路的输入端分别与其对应的光伏电池组件并联，多个所述前级DC/DC变换电路的输出端串联后与第一直流母线并联；所述后级DC/DC变换电路的输入端与所述第一直流母线并联，所述后级DC/DC变换电路的输出端与第二直流母线并联；所述DC/AC变换电路的输入端与所述第二直流母线并联，所述DC/AC变换电路的输出端输出交流电。本发明还提供一种用于控制上述一种微型逆变器的控制方法。本发明微型逆变器的多个前级DC/DC变换电路先串联后再并入直流母线，能达到更高的效率。

Description

一种微型逆变器及其控制方法
技术领域
本发明涉及逆变器技术领域，且特别是有关于一种微型逆变器及其控制方法。
背景技术
光伏发电***是利用半导体材料的光伏效应，将太阳辐射能转化为电能的一种发电***。光伏发电***的能量来源于取之不尽、用之不竭的太阳能，是一种清洁、安全和可再生的能源。
微型逆变器，一般指的是光伏发电***中的功率较小、具组件级MPPT的逆变器，全称是微型光伏并网逆变器。“微型”是相对于集中式逆变器而言的。集中式逆变器是将所有的光伏电池组件在阳光照射下生成的直流电全部串并联在一起，再通过一个逆变器将直流电逆变成交流电接入电网；微型逆变器则对每块光伏电池组件进行单独控制。其优点是可以对每块光伏电池组件进行独立的MPPT控制，能够大幅提高整体发电效率，同时也可以避免集中式逆变器具有的直流高压、弱光效应差、木桶效应等。
可以同时连接多个光伏电池组件的光伏微型逆变器，可以保证每个光伏组件单独实现最大功率点跟踪的功能，再通过一个逆变器将所有光伏电池组件的能量转变为交流电接入电网。相比于只能连接单个光伏电池组件的微型逆变器，具有转换效率更高、成本更低、体积更小、功率密度更大等优点。
已知技术中，可以同时连接多个光伏电池组件的光伏微型逆变器，通常为两级的拓扑结构。
第一级是为与单个光伏电池组件连接的DC-DC升压电路，兼具MPPT功能，其输出连接至直流母线。由于单个光伏电池组件的电压最大一般不超过60V，因此该级电路通常为带有变压器的隔离型DC-DC升压电路，以实现10到50倍的直流升压比。所述隔离型DC-DC升压电路例如采用交错并联反激变换电路(Flyback)方案，单个反激变换电路(Flyback)的最大功率难以超过300瓦，因而采用交错并联反激变换电路(Flyback)的方式提高功率等级至600瓦。当光伏输入功率低时，只有一个反激变换电路(Flyback)工作，功率高时两个反激变换电路(Flyback)工作，工作在交错并联模式，以提高效率。
第二级是并网逆变电路，其将直流母线的直流电转变为交流电并接入电网。由于微型逆变器的功率一般很小，因此该级电路通常为临界导通模式(critical-conductionmode，CRM)逆变电路，以提高转换效率。
上述可连接多路光伏组件的光伏微型逆变器的传统拓扑结构，有以下几个缺点：
第一，不同型号的光伏电池组件最大功率点电压不同，一般在30V至50V之间，而对于隔离型DC-DC升压电路，难以在不同升压比的情况下保证电路始终工作在高转换效率区间；
第二，不同型号的光伏电池组件最大功率范围在200瓦至800瓦之间，对于单个隔离型DC-DC升压电路，难以确保在不同功率段都工作在最大转化效率区间，对于连接了不同型号光伏电池组件的微型逆变器来说，难以保证实现***效率最优。
第三，准谐振逆变电路适用于1000瓦以内的小功率范围，功率等级不能超过2000瓦，如果功率等级过高，准谐振逆变电路会有难以控制并网电流谐波失真率、并网电感体积过大，成本过高等问题。这些缺点已经限制了微型逆变器提升功率等级的发展趋势。
第四，功率等级难以提高，采用交错并联反激变换电路(Flyback)的方案，单路输入的光伏功率不宜超过500瓦，工作在准谐振模式并网逆变电路在高功率工况下，需要大幅度增大并网电感的感量，从而导致提高成本、增大体积，因此其功率等级不宜超过2000瓦，同时限制了可连接的光伏电池组件的数量。
第五，采用交错并联的方案，每一路光伏输入都含有两个功率变压器以及多个功率器件，因此整个***含有多个功率变压器，***体积大，***成本高。
针对上述问题，在公开号为CN115360758A的发明专利中，已经提出了一种技术方案，其采用多个前级DC/DC变换电路的输出端均与直流母线并联的方式，然而，在这种技术方案中，进行后续的升压变换时的升压比很高，影响了整体效率的提升。
发明内容
本发明旨在提供一种效率更高的微型变换器及其控制方法。
为达到上述目的，本发明技术方案是：
一种微型逆变器，包括，
多个前级DC/DC变换电路，所述前级DC/DC变换电路的输入端分别与其对应的光伏电池组件并联，多个所述前级DC/DC变换电路的输出端串联后与第一直流母线并联；
后级DC/DC变换电路，所述后级DC/DC变换电路的输入端与所述第一直流母线并联，所述后级DC/DC变换电路的输出端与第二直流母线并联；
DC/AC变换电路，所述DC/AC变换电路的输入端与所述第二直流母线并联，所述DC/AC变换电路的输出端输出交流电。
每个上述前级DC/DC变换电路均具有MPPT功能。
上述前级DC/DC变换电路有两种工作模式，一是开通模式，二是关断模式；当所述前级DC/DC变换电路处于开通模式，所述前级DC/DC变换电路实现MPPT功能；当所述前级DC/DC变换电路处于关断模式，所述前级DC/DC变换电路没有输出。
在一具体实施例中，上述前级DC/DC变换电路的拓扑为Boost拓扑。
在一具体实施例中，上述前级DC/DC变换电路的拓扑为Buck拓扑。
在一具体实施例中，上述前级DC/DC变换电路的拓扑为Buck-Boost拓扑。
在一具体实施例中，上述后级DC/DC变换电路为LLC谐振电路。
在一具体实施例中，上述DC/AC变换电路为Heric电路。
本发明还提供一种用于控制上述一种微型逆变器的控制方法，包括，
步骤S51，MPPT控制，采样光伏电池组件的电压Vpv和电流Ipv，根据电压Vpv和电流Ipv计算光伏电池组件的输入功率，再按照MPPT算法计算出光伏电池组件的电压基准值Vpv.ref；
步骤S52，光伏电池组件电压控制，将光伏电池组件的实际电压值Vpv与电压基准值Vpv.ref进行比较，对误差信号进行补偿放大，得到所述前级DC/DC变换电路中开关的驱动信号，实现对光伏电池组件电压的控制；
步骤S53，第一直流母线的电压基准值计算，根据所有所述前级DC/DC变换电路的电压基准值Vpv.ref与电压设定值Vset，求得第一直流母线的电压基准值Vbus.F.ref，表达式如下：
Figure BDA0003975665490000051
其中，n为光伏板的数量；
步骤S54，第一直流母线电压控制，比较所述第一直流母线的实际电压值Vbus.L与电压基准值Vbus.F.ref，将两者的误差信号进行补偿放大，得到所述后级DC/DC变换电路中开关的驱动信号，实现对第一直流母线的电压控制；
步骤S55，第二直流母线的电压基准值计算，根据所述微型逆变器的实际工作状态以及交流电网的状态，计算得到第二直流母线的电压基准值VRef.bus.H；
步骤S56，第二直流母线电压控制，根据第二直流母线的电压基准值VRef.bus.H，第二直流母线的实际电压值Vbus.H、电网电压和电网电流，生成驱动信号，用以控制所述DC/AC变换电路，实现对第二直流母线电压的控制。
有益效果，本发明微型逆变器的多个前级DC/DC变换电路先串联后再并入直流母线，其串联后的电压更高，使得后面进行升压的升压比较低，电路设计友好，能达到更高的效率。
为让发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明微型逆变器的结构框图。
图2为图1中前级DC/DC变换电路一具体实施例的电路示意图。
图3为图1中后级DC/DC变换电路一具体实施例的电路示意图。
图4为图1中DC/AC变换电路一具体实施例的电路示意图。
图5为本发明一种微型逆变器控制方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明微型逆变器的结构框图。如图1所示，本发明微型逆变器包括多个前级DC/DC变换电路2.1至2.n、后级DC/DC变换电路3和DC/AC变换电路4，前级DC/DC变换电路2的输入端与光伏电池组件1并联，即前级DC/DC变换电路2.1的输入端与光伏电池组件1.1并联，直至前级DC/DC变换电路2.n的输入端与光伏电池组件1.n并联。所述前级DC/DC变换电路2.1至所述前级DC/DC变换电路2.n的输出端依次串联后，并联至直流母线bus.L。后级DC/DC变换电路3的输入端与直流母线bus.L并联，后级DC/DC变换电路3的输出端与直流母线bus.H并联，直流母线bus.H与DC/AC变换电路4的输入端并联，所述DC/AC变换电路4的输出端连接至电网5。
每个所述前级DC/DC变换电路2均具有MPPT功能，保证每一路光伏电池组件1都输出最大功率。每个所述前级DC/DC变换电路2包括一控制器(图中未示出)，输出驱动信号，控制所述前级DC/DC变换电路2中开关的状态。每个所述前级DC/DC变换电路2均有两种工作模式，一是开通模式，二是关断模式。当所述前级DC/DC变换电路2处于开通模式，所述前级DC/DC变换电路2实现MPPT功能；当所述前级DC/DC变换电路2处于关断模式，所述前级DC/DC变换电路2没有输出，但是所述前级DC/DC变换电路2的输出电容仍然串联在所述直流母线bus.L中，保证所述直流母线bus.L不发生断路。
所述后级DC/DC变换电路3将所述直流母线bus.L上的电压VBus.L变换为所述直流母线bus.H上的电压Vbus.H，并输出给所述DC/AC变换电路4。其中，所述直流母线bus.L为低压直流母线，所述直流母线bus.H为高压直流母线。所述DC/AC变换电路4将直流电压Vbus.H变换为交流电压ugrid并输入电网5，所述DC/AC变换电路4控制直流电压Vbus.H、交流电压ugrid、交流电流igrid以及传输至电网5的有功功率和无功功率。其中，所述后级DC/DC变换电路3包括一控制器(图中未示出)，控制所述后级DC/DC变换电路3中开关的驱动。
所述前级DC/DC变换电路2的拓扑可为Boost拓扑、Buck拓扑或Buck-Boost拓扑，可根据光伏电池组件的数量以及设计的直流母线bus.L的电压值进行选择，当光伏电池组件的数量很少，前级DC/DC变换电路串联后的电压低于设定的直流母线bus.L电压，则前级DC/DC变换电路2选择Boost拓扑；当光伏电池组件的数量较多，前级DC/DC变换电路2串联后的电压高于设定的直流母线bus.L电压，则前级DC/DC变换电路2选择Buck拓扑；如果前级DC/DC变换电路2选择Buck-Boost拓扑，则对光伏电池组件的数量可任意选择，但会带来较高的成本。所述后级DC/DC变换电路3的拓扑可为LLC谐振电路拓扑、非隔离LLC拓扑、隔离型移相全桥拓扑、非隔离型移相全桥拓扑等；所述DC/AC变换电路4可采用Heric拓扑、CRM拓扑、全桥逆变拓扑等，连接三相电网时所述DC/AC变换电路4可采用三电平逆变拓扑等电路拓扑。
图2为所述前级DC/DC变换电路2的一具体实施例，所述前级DC/DC变换电路2为Boost电路，所述Boost电路工作在开通和关断两种模式，当所述Boost电路工作在开通模式，所述Boost电路实现MPPT功能，将光伏电池组件的电压Vpv升高至电压V2；当所述Boost电路工作在关断模式，所述Boost电路没有输出，电容C2仍串联在所述直流母线bus.L中，保证所述直流母线bus.L不发生断路。
图3为所述后级DC/DC变换电路3的一具体实施例，所述后级DC/DC变换电路3为LLC谐振电路。
图4为所述DC/AC变换电路4的一具体实施例，所述DC/AC变换电路4为一Heric电路。
本发明还提供一种微型逆变器控制方法。
如图5所示，步骤S51，MPPT控制。采样光伏电池组件1的电压Vpv和电流Ipv，根据对应的光伏电池组件的电压Vpv和电流Ipv计算光伏电池组件的输入功率，再按照MPPT算法计算出光伏电池组件的电压基准值Vpv.ref。
步骤S52，光伏电池组件电压控制。所述前级DC/DC变换电路2的控制器将光伏电池组件的实际电压值Vpv与电压基准值Vpv.ref进行比较，通过所述控制器对误差信号进行补偿放大，得到所述前级DC/DC变换电路2中开关的驱动信号P1，控制所述前级DC/DC变换电路2的开关状态，从而实现对光伏电池组件电压的控制。
步骤S53，直流母线bus.L的电压基准值计算。所述后级DC/DC变换电路3的控制器根据所有所述前级DC/DC变换电路2的基准值Vpv.ref与电压设定值Vset，求得直流母线bus.L的电压基准值Vbus.F.ref，表达式如下：
Figure BDA0003975665490000101
其中，n为光伏板的数量。所述电压设定值Vset的作用是保证直流母线电压Vbus.L的稳定。在前级DC/DC变换电路2为升压电路时，所述电压设定值Vset大于0；在前级DC/DC变换电路2为降压电路时，所述电压设定值Vset小于0。
步骤S54，直流母线bus.L电压控制。所述后级DC/DC变换电路3比较所述直流母线bus.L的实际电压值Vbus.L与电压基准值Vbus.F.ref，所述后级DC/DC变换电路3的控制器将两者的误差信号进行补偿放大，得到所述后级DC/DC变换电路3中开关的驱动信号，控制所述后级DC/DC变换电路3的开关状态，从而实现对直流母线bus.L的电压控制。
步骤S55，直流母线bus.H的电压基准值计算。所述微型逆变器的控制***，根据所述微型逆变器的实际工作状态以及交流电网的状态，计算得到直流母线bus.H的电压基准值VRef.bus.H。
在一具体实施例中，可选择直流母线bus.H的电压基准值VRef.bus.H不小于电网5的交流电峰值。
步骤S56，直流母线bus.H电压控制。直流母线bus.H的控制器将根据其电压基准值VRef.bus.H，直流母线bus.H的实际电压值Vbus.H、电压Vgrid和电流Igrid等信息，通过直流母线bus.H的控制算法，将电压Vgrid做锁相得到的基波分量，和电压环的输出相乘，再与电流Igrid作差进行补偿放大，生成驱动信号，用以控制所述DC/AC变换电路4，实现对直流母线bus.H以及并网有功功率、并网无功功率和电流Igrid的控制。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (9)

1.一种微型逆变器，其特征在于，包括，
多个前级DC/DC变换电路，所述前级DC/DC变换电路的输入端分别与其对应的光伏电池组件并联，多个所述前级DC/DC变换电路的输出端串联后与第一直流母线并联；
后级DC/DC变换电路，所述后级DC/DC变换电路的输入端与所述第一直流母线并联，所述后级DC/DC变换电路的输出端与第二直流母线并联；
DC/AC变换电路，所述DC/AC变换电路的输入端与所述第二直流母线并联，所述DC/AC变换电路的输出端输出交流电。
2.如权利要求1所述一种微型逆变器，其特征在于，每个所述前级DC/DC变换电路均具有MPPT功能。
3.如权利要求2所述一种微型逆变器，其特征在于，所述前级DC/DC变换电路有两种工作模式，一是开通模式，二是关断模式；当所述前级DC/DC变换电路处于开通模式，所述前级DC/DC变换电路实现MPPT功能；当所述前级DC/DC变换电路处于关断模式，所述前级DC/DC变换电路没有输出。
4.如权利要求3所述一种微型逆变器，其特征在于，所述前级DC/DC变换电路的拓扑为Boost拓扑。
5.如权利要求3所述一种微型逆变器，其特征在于，所述前级DC/DC变换电路的拓扑为Buck拓扑。
6.如权利要求3所述一种微型逆变器，其特征在于，所述前级DC/DC变换电路的拓扑为Buck-Boost拓扑。
7.如权利要求3所述一种微型逆变器，其特征在于，所述后级DC/DC变换电路为LLC谐振电路。
8.如权利要求3所述一种微型逆变器，其特征在于，所述DC/AC变换电路为Heric电路。
9.一种用于控制如权利要求1-8中任意一项所述一种微型逆变器的控制方法，其特征在于，包括，
步骤S51，MPPT控制，采样光伏电池组件的电压Vpv和电流Ipv，根据电压Vpv和电流Ipv计算光伏电池组件的输入功率，再按照MPPT算法计算出光伏电池组件的电压基准值Vpv.ref；
步骤S52，光伏电池组件电压控制，将光伏电池组件的实际电压值Vpv与电压基准值Vpv.ref进行比较，对误差信号进行补偿放大，得到所述前级DC/DC变换电路中开关的驱动信号，实现对光伏电池组件电压的控制；
步骤S53，第一直流母线的电压基准值计算，根据所有所述前级DC/DC变换电路的电压基准值Vpv.ref与电压设定值Vset，求得第一直流母线的电压基准值Vbus.F.ref，表达式如下：
Figure FDA0003975665480000021
其中，n为光伏板的数量；
步骤S54，第一直流母线电压控制，比较所述第一直流母线的实际电压值Vbus.L与电压基准值Vbus.F.ref，将两者的误差信号进行补偿放大，得到所述后级DC/DC变换电路中开关的驱动信号，实现对第一直流母线的电压控制；
步骤S55，第二直流母线的电压基准值计算，根据所述微型逆变器的实际工作状态以及交流电网的状态，计算得到第二直流母线的电压基准值VRef.bus.H；
步骤S56，第二直流母线电压控制，根据第二直流母线的电压基准值VRef.bus.H，第二直流母线的实际电压值Vbus.H、电网电压和电网电流，生成驱动信号，用以控制所述DC/AC变换电路，实现对第二直流母线电压的控制。
CN202211530601.4A 2022-12-01 2022-12-01 一种微型逆变器及其控制方法 Pending CN115912480A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211530601.4A CN115912480A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种微型逆变器及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211530601.4A CN115912480A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种微型逆变器及其控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115912480A true CN115912480A (zh) 2023-04-04

Family

ID=86491088

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211530601.4A Pending CN115912480A (zh) 2022-12-01 2022-12-01 一种微型逆变器及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115912480A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107070215B (zh) 一种三电平boost共地***及其控制方法
US8111528B2 (en) DC to AC inverter
CN112737293B (zh) 一种非隔离型集成升压dc/ac变换器的控制方法
Zhang et al. Two-stage transformerless dual-buck PV grid-connected inverters with high efficiency
Badhoutiya et al. Boost control for PV applications using impedance source inverter
CN115360758A (zh) 一种微型逆变器及其控制方法
Gorgani et al. Quasi-Z-source-based multilevel inverter for single phase PV applications
Choi et al. High gain DC/DC converter for the grid integration of large-scale PV systems
CN102118035B (zh) 一种并网逆变器
Roncero-Clemente et al. Interleaved single-phase quasi-Z-source inverter with special modulation technique
Sharma et al. High efficient solar PV fed grid connected system
Abolhasani et al. A comparison between buck and boost topologies as module integrated converters to mitigate partial shading effects on PV arrays
Chander et al. Dual input converter fed transformerless multilevel inverter for standalone PV application
CN115912480A (zh) 一种微型逆变器及其控制方法
Kabalci The design and analysis of a two-stage PV converter with quasi-Z source inverter
CN113708408A (zh) 自适应光照条件的多输出模式单相光伏逆变器及控制方法
Attaianese et al. Dual inverter for high efficiency PV systems
Pandya et al. Diagonal PV micro-inverter with isolated output
Karthikeyan et al. Fuel Cell Fed BLDC Motor Drive
Suresh et al. Grid interconnection of renewable energy source with T-type inverter based DSTATCOM
CN116454980B (zh) 电源变换装置及最大功率点跟踪控制方法
Alamir et al. Two-stage resonant three-phase micro-inverter for grid-tie PV application
Paul et al. Boost/Buck-boost Based Grid Connected Solar PV Micro-inverter with Reduced Number of Switches and Having Power Decoupling Capability
Das et al. PV Fed high efficiency, high voltage gain DC-DC converter for micro-inverter applications
Kumar et al. Single-Phase Five-level Transformerless Inverter for Multi-String Photovoltaic Applications

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination